罗克韦尔自动化SCADA系统解决方案在北京石景山杨庄净水厂

罗克韦尔罗克韦尔罗克韦尔罗克韦尔自动化自动化自动化自动化SCADASCADASCADASCADA系统解决方案在系统解决方案在系统解决方案在系统解决方案在北京石景山杨庄北京石景山杨庄北京石景山杨庄北京石景山杨庄净净净净水厂水厂水厂水厂中的应用中的应用中的应用中的应用邹晓岚邹晓岚邹晓岚邹晓岚1王宝录王宝录王宝录王宝录2周文明周文明周文明周文明1孙明山孙明山孙明山孙明山2熊胜利熊胜利熊胜利熊胜利1（北京雄越科技发展有限公司，北京100080）1（北京市石景山区自来水公司，北京100041）2摘要摘要摘要摘要::::本文通过分析水厂对控制系统的功能要求，介绍了罗克韦尔自动化的基于PLC的SCADA系统和RSView32人机监控组态软件及其活动显示系统在水厂的应用。关键词关键词关键词关键词：：：：水厂；罗克韦尔自动化；SCADA系统；RSView32AbstractAbstractAbstractAbstract：：：：Thisarticleanalyzestheneedsofwaterplantcontrolsystem.ItalsointroducestheapplicationofRockwellAutomation’sSCADASystembasedonPLC,aswellasboththeRSView32Human-MachineInterface(HMI)SupervisingConfigurationsoftwareandRSView32ActiveDisplaySystem.KeyWords:KeyWords:KeyWords:KeyWords:WaterPlant;RockwellAutomation;SCADASystem;RSView321111引言引言引言引言自来水厂的制水过程是从水源地取水经输水管网至水厂经处理达标后通过配水管网送至用户。北京市石景山区杨庄水厂是以地下水为水源的水厂，规划供水管线39Km，其中输水管线4Km，配水管线35Km，一期工程设计供水能力为5万吨/日，1998年12月正式供水。该厂有10口水源井、1口补压井及1个配水厂，水源井潜水泵电动机容量为6台85KW、4台45KW，补压井为45KW，配水厂内有配水泵房一座、清水池两座、变电站一个、加氯间一座、综合楼一座，配水泵房内有6台160KW配水泵，其中2台为变频调速泵，4台工频泵，由两路10KV供电的变电站包括2台10KV/0.4KV容量为800KVA变压器，加氯间有3台加氯机，配水管网设有8个远端压力测量点。我们针对水厂制水过程的特点和对控制系统的功能要求，并根据该厂的具体情况，最终决定采用罗克韦尔自动化的基于PLC的SCADA系统和基于客户/服务器HMI组态软件RSView32活动显示系统(ActiveDisplaySystem，ADS)。2水厂对控制系统的要求水厂对控制系统的要求水厂对控制系统的要求水厂对控制系统的要求2.1分散性分散性分散性分散性。水厂最大的特点是地域极为分散。通常水源地、补压井、测压点距离厂区几公里甚至几十公里，这样就造成控制系统I/O点的分散，因此需要分布式的具有SCADA功能的控制系统。此外，控制功能也具有分散性，如各配水泵、水源井能分别地，互不影响地进行起动或停止控制。2.2集中监控集中监控集中监控集中监控。为了节省人力，降低制水成本，水源井、补压井等应常常是无人值守，操作人员需要在中控室对整个水厂进行集中监控。2.3小型化小型化小型化小型化、、、、集成化集成化集成化集成化。以水源井为例，泵房内通常有一口或两口井，对一台或两台泵的控制点数很少，对于管网测压点也很少。因此为了降低系统造价，控制系统需要小型化、低成本的具有集成SCADA通讯功能的控制器。2.4适应性适应性适应性适应性。通常水源井泵房内环境温度一年四季变化很大，对于北方地区更是如此，此外供水量随着季节和白天夜晚有很大变化，控制系统应能适应环境和供水量的变化，保持稳定供水。2.5以逻辑控制为主以逻辑控制为主以逻辑控制为主以逻辑控制为主。水厂的控制大部分是对输水泵和配水泵的逻辑控制，回路控制通常只应用在加氯量及出水压力的控制。而逻辑控制是可编程序控制器(PLC)的传统应用领域，因此这也是目前水厂的控制系统广泛采用PLC的原因。2.6可靠性可靠性可靠性可靠性、、、、安全性安全性安全性安全性。水厂的安全、稳定运行直接关系到千家万户，所以从控制系统的结构设计、软硬件产品质量到控制程序编制等各个环节都必须是高可靠性的。2.7可维护性可维护性可维护性可维护性。系统在系统软件、应用软件和硬件方面具有强大的报警和故障自诊断功能，方便工程师对系统故障进行分析和维护。2.8可扩展性可扩展性可扩展性可扩展性。系统应采用具有一定标准及应用较为广泛的软硬件产品，并考虑一定的余量，为将来水厂的扩建及系统的变更打下基础。2.9开放性开放性开放性开放性。开放性是用户对控制系统的普遍需求。随着计算机技术和网络技术的发展和应用普及，人们越来越需要过程控制系统与管理信息系统交互信息，从而实现管理与控制一体化。尽管各控制系统生产厂家在现场控制器模块级还不可能完全开放或通用，但必须要求上位机监控系统具有开放性，例如：监控系统应基于微软公司的WindowsNT、2000或9X平台，支持各种规范的协议如OPC、ODBC、ActiveX、DDE等。3333控制系统构成控制系统构成控制系统构成控制系统构成3.13.13.13.1控制系统硬件控制系统硬件控制系统硬件控制系统硬件图1杨庄水厂控制系统结构图1#2#3#4#5#6#中控室配水泵房配水管网测压OS1操作站OS2操作站PLC1……水源井加氯间DH+网RSView32RSLinxRSView32RSLinxRSView32ActiveDisplayServerRSLinx远程I/O网SCADADF1Master综合办公楼………RSView32ActiveDisplayStationERP以太网PLC2PLC00…PLC02PLC03PLC04…PLC08PLC10PLC11PLC12PLC18补压井0#…2#3#4#…8#9#10#如图1所示，杨庄水厂根据系统不同功能层次采用四种通讯方式，共有19个PLC控制站构成控制系统。以太网用于系统的管理层，DH+网和无线通讯用于各PLC控制器及计算机操作站之间的控制层通讯，远程I/O网用于配水厂PLC控制器与变频器、软起动器的设备层通讯，管理层与控制层通过ADS服务器实现信息交互。DH+网和远程I/O网采用屏蔽双绞线进行通讯，具有连接方便、通讯距离远的特点，是PLC通讯应用很广的工业网络，在通讯速度为57.6K波特率下，不加中继可达1万英尺(3040米)，加中继可达12公里，DH+网可挂接64个控制器，远程I/O网可挂接32个设备。无线通讯采用具有SCADA功能DF1主从通讯协议，PLC通过其标准RS232口与数传电台相连来实现无线通讯，通讯速率为9600波特率。PLC1作为SCADA系统的主站用于控制和监测配水系统和供电系统，PLC2用于监控加氯系统，PLC00~PLC03、PLC07分别控制0#~3#、07#水源井，PLC05、PLC08分别控制5#、6#和8#、9#两口水源井，PLC10控制10#补压井，PLC11~PLC18用于配水管网压力监测，位于中控室的OS1、OS2计算机HMI操作站互为热备用于操作人员对整个水厂生产过程的监视和操作控制。位于厂区的PLC2、PLC00~PLC02控制器只采用DH+网进行通讯；3#水源井~9#水源井距厂区较远，为了防止通讯电缆被意外切断影响水厂的运行，PLC03~08控制器采用互为热备的DH+网和无线通讯，通常情况下采用通讯速度较高的DH+有线通讯，一旦DH+网通讯失败，系统将自动转换到DF1无线通讯；10#补压井和测压点距离厂区更远，采用有线通讯方式代价太高，因此PLC10及PLC11~PLC18控制器只采用DF1无线通讯方式。在控制系统中，用于配水管网压力监测的PLC11~PLC18采用最为经济的微型可编程控制器MicroLogix1000，其它控制器均选用小型可编程控制器SLC5/04，用于1#、6#配水泵的变频器采用A-B公司1336Plus变频器，其它配水泵和水源井都采用A-B公司具有泵控功能的SMCDialogPlus智能马达控制器，HMI操作站选用研华586工控机，ADS服务器采用惠普HPE60服务器，工控机、服务器的DH+通讯接口卡采用A-B公司的1784-KTX，无线通讯电台采用美国加州微波公司的全数字无线电台MDS2710。3333．．．．2222控制系统监控组态软件控制系统监控组态软件控制系统监控组态软件控制系统监控组态软件水厂的人机监控系统由位于中控室的两套RSView32计算机操作站和位于综合楼的基于客户/服务器RSView32活动显示系统（ADS）组成。操作站安装Windows95操作系统作为RSView32运行平台，ADS服务器安装WindowsNTServer4.0中文版操作系统作为RSView32ADSServer运行平台，ADS客户端安装Windows98中文版操作系统作为RSView32ADSClient运行平台。RSView32是罗克韦尔自动化软件公司采用开放的技术，以MFC（微软基础级）、DCOM（分布元件对象）组件技术为基础的人机监控软件，是第一个在图形显示中利用ActiveX、VBA、OPC的MMI产品，提供了监视、控制及数据采集等全部功能，是一个使用方便、可扩展性强、监控性能高的监控组态软件。Rsview32ADS将RSview32MMI软件扩展为客户/服务器结构。ADS服务器不仅可在现场，而且可以通过国际互联网（Internet）在世界任何地方连接进入。客户端可以采用ADS软件或InternetExplorer作为监控软件平台。ADS最多可以同时支持20个特许的客户连接。系统的安全策略利用WindowsNT和Rsview32提供的双重安全功能，WindowsNT在企业网络系统层面负责管理操作人员或系统管理员的登录，而Rsview32通过设置不同的安全级别在应用层面对各用户的操作权限进行控制，从而保证系统的正常操作，防止越权操作。3333．．．．3333控制系统控制系统控制系统控制系统SCADASCADASCADASCADA协议协议协议协议A-B公司的可编程控制器SLC5/04和MicroLogix1000具有内置的多功能的标准RS232接口通道0，通过该接口可以和编程器连接进行编程，也可以建立DH485网络，还可以实现SCADA系统功能。该RS232接口有两种工作方式，一种是系统方式，另一种是用户方式，系统方式支持DH485和DF1通讯协议，用户方式支持标准的ASCII码方式，通讯速率从1100bps到19.2Kbps可组态。DF1协议是A-B公司PLC系统广泛支持的通讯协议，包括各系列PLC及装有RSLinx通讯软件的计算机均支持DF1协议，通过该协议可以构成基于PLC的SCADA系统。DF1协议支持点对点全双工通讯模式及点对多点半双工主从通讯模式，DF1主从通讯方式支持包括主站在内的多达255个站，站地址为0-255。SLC5/04通道0可组态选择DF1全双工、DF1半双工主或DF1半双工从，MicroLogix1000通道0可组态选择DF1全双工或DF1半双工从。杨庄水厂无线通讯SCADA系统采用点对多点半双工通讯模式，PLC1作为主站采用DF1半双工主通讯方式，其它PLC控制器作为从站采用DF1半双工从通讯方式，主站PLC1采用对各从站轮询方式并通过信息(MSG)指令来实现数据交换的。DF1主从通讯方式不仅能实现主站与从站的通讯，而且能实现从站与从站的通讯。主站对从站的通讯可组态成基于信息的轮询方式或标准的轮询方式。4444控制系统功能控制系统功能控制系统功能控制系统功能4.14.14.14.1可靠的控制策略可靠的控制策略可靠的控制策略可靠的控制策略
互为备用互为备用互为备用互为备用。在